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半导体表面化学修饰策略与其光电性质

收藏本文 2024-04-10 点赞:21442 浏览:95246 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:近年来,纳米电子学、分子电子学的兴起与发展,有机单层膜与半导体共价联接的杂化受到广泛的关注。功能分子修饰的半导体表面为研究纳米乃至单分子的光电性能了良好的平台,并在光电开关、信息存储、晶体管、传感器及其它智能器件具有广泛的应用前景。在本论文中,研究了有机功能分子在半导体表面的光电,利用有机分子与半导体的杂化表面构建光电功能阵列;利用化学沉积方法制备了掺硼金刚石半导体薄膜,修饰了偶氮苯分子并对该杂化表面的光化学及电化学了研究。本论文主要内容如下:1.合成了含有乙烯基的偶氮苯4-N,N-dimethylamino-4′-ethynyl-azobenzene (DMAEAB),并对其光学性能了测试。光化学方法将DMAEAB修饰到经过NH4F溶液处理过的硅(111)表面;并从浸润性、红外光谱及光电子能谱对DMAEAB单层膜了表征。紫外-可见光交替照射来改变偶氮苯单层膜的异构,检测了DMAEAB处于不同时的浸润性、表面形貌及导电性能。并利用HyperChem MM+ force field方法模拟了DMAEAB单层膜在硅(111)表面的形态。该杂化表面在光开关及信息存储领域具有潜在的应用。2.制备了掺硼的金刚石半导体薄膜,用拉曼光谱对其了表征,利用扫描电子显微镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)对其形态和表面形貌了观察,并利用导电探针原子力显微镜(CP-AFM)及四探针半导体分析仪对其导电性做了分析。将含有乙烯基的偶氮苯DOAA化学修饰到等离子体处理过的金刚石表面,并对修饰在金刚石表面的DOAA单层膜的光化学及电化学特性了研究,发现DOAA分子呈现不同的异构时,其表现出不同的电化学。同时,结果证明导电金刚石薄膜是研究具有电化学活性单层膜的良好的电极,为研究电化学活性的单分子膜了优良的实验平台。该DOAA分子与金刚石构建的杂化在电化学存储、智能界面及光子计数器具有潜在的应用前景。3.合成了含有乙烯基的丁二炔DA-4AS,利用热引发的方法将DA-4AS修饰到硅(111)表面,并从浸润性、红外光谱及光电子能谱对该表面了表征,同时利用椭圆偏振光谱法计算出DA-4AS单层膜的厚度,利用分子模拟软件Material Studio计算出的分子长度,DA-4AS单层膜的倾斜角。在DA-4AS-Si(111)表面旋涂DA-4AS,加掩膜光照后了直径为5μm,间距为20μm的聚丁二炔阵列,利用AFM观察了其形貌,荧光共聚焦显微镜观察到了与掩膜对应的荧光图案。关键词:有机单层膜论文化学修饰论文有机-无机杂化表面论文聚丁二炔阵列论文金刚石论文偶氮苯论文电化学论文

    摘要2-4

    ABSTRACT4-10

    章 绪论10-57

    1.1 有机分子与无机半导体杂化的10-16

    1.1.1 调控半导体的导电性能10-15

    1.1.2 为纳米电子学、分子电子学理想的光电研究平台15-16

    1.1.3 有机分子与无机半导体杂化而构建的器件16

    1.2 硅和金刚石半导体的化学修饰方法16-39

    1.2.1硅半导体的化学修饰方法16-25

    1.2.1.1 带有氧化层的硅表面的修饰方法16-18

    1.2.1.2 热引发方法修饰疏水硅表面18

    1.2.1.3 光化学方法修饰疏水硅表面18-19

    1.2.1.4 重氮盐与疏水硅表面的反应19-20

    1.2.1.5 末端炔有机化合物与硅表面的反应20-21

    1.2.1.6 醛基及羟基有机化合物与疏水硅表面的反应21-22

    1.2.1.7 α-溴,ω-羧基有机酸与疏水硅表面的反应22

    1.2.1.8 有机硅烷与疏水单晶硅表面的接枝反应22-23

    1.2.1.9 激光辅助的硅表面化学修饰23

    1.2.1.10 硝基苯及其衍生物与疏水硅表面的DCR反应23-24

    1.2.1.11 硅表面聚合反应24

    1.2.1.12 硅表面修饰生物大分子的方法24-25

    1.2.2 金刚石半导体的修饰方法25-29

    1.2.2.1 末端烯烃与等离子体处理过金刚石的反应25-26

    1.2.2.2 烷基重氮盐分子修饰金刚石表面26-27

    1.2.2.3 直链有机硫修饰金刚石表面27-28

    1.2.2.4 全氟偶氮化合物与金刚石表面的反应28

    1.2.2.5 二酰基过氧化何物辅助下的自由基反应修饰金刚石表面28-29

    1.2.2.6 己酰氯与氧化的金刚石表面的反应29

    1.2.3 其他半导体的修饰方法29-39

    1.2.3.1 导电玻璃ITO 的修饰29-30

    1.2.3.2 砷化镓(GaAs)半导体的修饰30-31

    1.2.3.3 碳纳米管(CNT)的修饰方法31-33

    1.2.3.4 石墨和石墨烯的表面修饰33-35

    1.2.3.5 碳化硅半导体表面修饰35-37

    1.2.3.6 二元金属化合物半导体的修饰37-39

    1.3 有机单层膜与半导体构建的各种器件39-47

    1.3.1 修饰有机分子来调节晶体管的电学39-40

    1.3.2 电化学器件的应用40-42

    1.3.3 金刚石电化学传感器,检测的应用42-45

    1.3.4 在一维半导体表面修饰构筑的传感器件45-47

    1.4 的主体思想47-48

    1.5 参考文献48-57

    章 偶氮苯单层膜修饰的单晶硅表面导电性调节57-85

    2.1 引言57-59

    2.2 实验59-64

    2.2.1 主要试剂和仪器59-60

    2.2.1.1 主要试剂59-60

    2.2.1.2 主要仪器60

    2.2.2 末端炔基偶氮苯的合成与表征技术60-62

    2.2.3 偶氮苯的光致异构性的表征62-63

    2.2.4 偶氮苯单层膜的制备63-64

    2.2.5 硅(111)表面偶氮苯单层膜的可逆光致异构化效应64

    2.3 结果与讨论64-79

    2.3.1 偶氮苯单层膜的制备64-65

    2.3.2 接触角表征单层膜的光致异构性65

    2.3.3 DMAEAB单层膜的光电子能谱(XPS)表征65-66

    2.3.4 XPS 定量分析DMAEAB单层膜的接枝率66-71

    2.3.5 DMAEAB单层膜的红外光谱71-72

    2.3.6 DMAEAB单层膜的稳定性72-73

    2.3.7 偶氮苯单层膜光致异构前后的形貌变化73-75

    2.3.8 偶氮苯单层膜光致异构前后的电学表现75-77

    2.3.9 DMAEAB修饰的硅表面的模拟结果77-79

    2.4 小结79-80

    2.5 参考文献80-85

    章 偶氮苯修饰的导电金刚石薄膜的制备、表征及光电化学85-108

    3.1 引言85-88

    3.2 实验88-92

    3.2.1 主要试剂和仪器88-90

    3.2.1.1 主要试剂88-89

    3.2.1.2 主要仪器及设备89-90

    3.2.2 金刚石膜的制备90-91

    3.2.3 偶氮苯光致异构性的表征91-92

    3.2.4 金刚石表面DOAA单层膜的制备92

    3.2.5 金刚石表面偶氮苯单层膜的可逆光致使异构效应92

    3.3 结果与讨论92-102

    3.3.1 金刚石薄膜的制备、表征与测试92-96

    3.3.2 金刚石表面DOAA单层膜的制备96-97

    3.3.3 接触角表征DOAA单层膜的异构效应97

    3.3.4 DOAA单层膜的光电子能谱(XPS)97-98

    3.3.5 DOAA单层膜的红外光谱(IR)98-100

    3.3.6 DOAA单层膜稳定性100

    3.3.7 DOAA单层膜光电化学性能100-102

    3.4 102

    3.5 参考文献102-108

    章 单晶硅表面化学修饰的聚丁二炔阵列的制备及其荧光图案化108-129

    4.1 引言108-111

    4.2 实验111-115

    4.2.1 主要试剂和仪器111-112

    4.2.1.1 主要试剂111

    4.2.1.2 主要仪器111-112

    4.2.2 丁二炔的合成与表征112-114

    4.2.3 丁二炔单层膜的制备114-115

    4.2.4 聚丁二炔阵列的制备115

    4.3 结果与讨论115-123

    4.3.1 丁二炔的光学性能115-116

    4.3.2 单层膜的制备与表征116-120

    4.3.2.1 DA-4AS单层膜的制备116-117

    4.3.2.2 膜的与倾斜角117

    4.3.2.3 膜的光电子能谱117-118

    4.3.2.4 膜的红外光谱118-120

    4.3.3 阵列的制备及阵列的形态120-122

    4.3.4 阵列的荧光图案化122-123

    4.4 123

    4.5 参考文献123-129

    129-132

    攻读博士期间论文发表情况132-133

    致谢133-134

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